清遠市七星崗水廠一期濾池改造
摘要：由于一期濾池長期停止使用后恢復生產，故需要對其過濾系統、真空系統、控制系統及其它相關設施進行改造，以達到濾池能正常過濾及沖洗，保證過濾水達到水量、水質要求。在運行1個多月來，取得了滿意的效果。
關健字：濾池改造，虹吸濾池，濾料，真空系統，控制系統
1前言
清遠市七星崗水廠共建有一、二期凈水系統工程，一期工程設計處理能力為6萬噸/日，二期工程設計處理能力為10萬噸/日。在二期工程1994年建成使用后，由于二期工程的日凈水能力已經滿足當時城市用水量需要，故一期工程停止使用至今，隨著城市經濟的不斷發展，市區及周邊鄉鎮的企業及人口不斷增多，對供水量的要求也不斷增大。據統計，2005年清遠市城區全年最高日供水已達12噸/日，二期凈水系統常處于超負荷運行，為了保證出廠水的水質和水量，于2005年11月初對一期工程的反應池、斜管沉淀池、虹吸濾池進行了大修和技術改造，并增建了斜管沉沙池。并于同年12月底恢復運行。在此主要介紹的是虹吸濾池的改造。
2濾池改造前的狀況
2.1概況
一期凈水系統工程的濾池形式采用虹吸濾池，于1989年建成使用，1994年停止使用，至今已停用10年之久，進水鋼管、閘閥、進水虹吸管和排水虹吸管部分已出現銹蝕、鋼管混凝土支墩出現裂縫、濾料積滿污泥并長滿雜草。需要對濾池進行改造才能恢復運行。
濾沙層經過長時間運行，出現磨損破碎，濾沙變小，反沖洗有跑沙現象，濾沙層變薄，局部位置有板結現象；部分濾池出現濾沙層和承托層錯層現象、濾磚配水孔部分堵塞，導致濾后水水質變差，產量達不到設計技術要求。
進水和排水虹吸管的輔助虹吸管道銹蝕嚴重，部分水射器出現腐爛穿孔現象，使部分進水和排水虹吸管不能工作；計時水箱的排水虹吸破壞管銹蝕嚴重，管徑變小和部分出現堵塞，導致反沖洗時間延長或反沖洗不能停止的現象，嚴重影響產量和浪費用水。
針對上述存在的問題，對濾沙層、承托層重新進行篩分和補充濾沙；因排水虹吸管水射器安裝在虹吸管內，更換成本高、維修困難，現改造為由可編程序控制器（PLC）進行自動控制，可自由設定沖洗周期和沖洗時間，靈活方便，節約自用水，降低生產成本。
2.2設計技術參數
濾池一共兩組，每組分16格，每格凈尺寸為3.5m×2.8m，其中過濾面積為3.5m×2.15m，8格兩行對稱布置，中間為沖洗水箱及水槽，濾池總高度為5.2m，采用單水反沖洗方式。設計濾速：10m/h，沖冼強度：15L/(s•m2)，沖洗水頭：1.5m，采用粗沙石粒為承托層，由上至下其粒徑及厚度分別為：1.1mm~2mm厚20mm、2mm~4mm厚50mm、4mm~8mm厚100mm、8mm~12mm厚100mm，濾料采用石英砂單層濾料，粒徑為0.7mm~1.1mm厚800mm。
2.3自動沖冼及恢復過濾工作原理
濾池在過濾過程中，濾層因不斷截留水中的懸浮物而水頭損失逐漸增加，致使濾池水位不斷上升，當水位高出排水虹吸管的輔助虹吸管5時，水急速流入輔助虹吸管并通過水射器7及抽氣管6將虹吸管內的空氣帶走，排水虹吸管內形成負壓，使大量的水流向管內，帶走管內剩余空氣，造成了連續流水，真正形成虹吸排水，當水位降到排水槽口，其余各格的過濾水就流向該格，開始沖洗。與此同時，當水位下降到進水虹吸破壞管1管口以下時，空氣進入進水虹吸管1，虹吸破壞，進水停止。隨著沖洗的繼續，計時水箱的水位不斷下降直至排水虹吸破壞管4管口露出水面，排水虹吸管虹吸破壞，沖洗終止。當水位回升到進水虹吸破壞管1管口被封住時，由于進水虹吸輔助管9和水射器8的作用，不斷抽走進水虹吸管中的空氣，形成虹吸，濾池開始進水，過濾工作恢復。
3濾池的改造
3.1過濾系統改造
3.1.1改造措施
由于長時間沒有使用，濾層、承托層的顆粒之間與污泥已粘結在一起，較為嚴密，而濾磚的配水孔也被污泥堵塞，故需要對濾池的過濾系統進行相應的改造。為了節省改造資金又能達到濾水效果，采取了以下的改造措施：先將濾層上部30cm厚的濾砂清除，然后把剩余的濾料及承托層的粗砂礫石全部清運出濾池外，清通濾磚的配水孔，用清水將池內壁及濾磚清洗干凈，將運出的濾料和粗砂礫石中的污泥清洗掉并曬干，采用不同孔徑的篩，通過機械振蕩篩分成0.5mm~1.2mm、1.1mm~2mm、2mm~4mm、4mm~8mm、8mm~12mm五種規格，補充損耗部分相應規格的濾料和粗砂礫石，最后將濾料和粗砂礫石粒徑由大到小按下往上的順序鋪放回濾池，承托層的各層厚度及組成與原設計一致，濾層厚度為800mm，采用了粒徑為0.5mm~1.2mm的石英沙，其不均勻系數K80=1.68<2，L/de(濾層厚度mm/濾料有效直徑
3.1.2沖洗水力校核計算
濾層水頭損失h1=（γ1/γ－1）（1－m0）H1=(2.65/1－1)×（1－0.41）×0.8=0.779m
承托層水頭損失h2=0.022H2q=0.022×0.27×15=0.089m
式中γ1——石英沙的相對密度（2.65）
γ——水的相對密度（1）
m0——濾層沙膨脹前的孔隙率（0.41）
H1——濾層膨脹前厚度（0.8m）
H2——承托層厚度（0.27m）
q——沖洗強度[15L/(s•m2)]
兩次配水濾磚沖洗水頭損失h3：根據《給水排水設計手冊》第二版第三冊查得當沖洗強度15L/(s•m2)時為0.64m
總沖洗水頭損失h=h1＋h2＋h3=0.779＋0.089＋0.64=1.508m≈1.5m（沖洗水頭）
在實際運行中，當水沖洗時，濾層松動膨脹，沖洗強度偏小于15L/(s•m2)，故總沖洗水頭損失小于1.5m，有一定的富余水頭，可以滿足沖洗要求。
3.2真空系統改造
濾池原有虹吸進水和虹吸排水的真空系統為水力自動控制系統，在生產運行中，由于管道系統容易發生堵塞而往往造成沖洗時間過長、甚至連續沖洗而浪費水量嚴重，或出現不沖洗而影響出水水質和水量，因此，須將原水力控制的真空系統改為由真空泵抽真空，可進行人為控制沖洗的真空系統。其改造措施如下：拆除每格濾池的進水虹吸管及排水虹吸管上原有的抽氣管、輔助虹吸管、虹吸被壞管、水射器，并在進水虹吸管及排水虹吸管各安裝2個DN20的ZY¬—05型電動球閥，一個作用是破壞虹吸的開閉，另一個是抽真空開閉，其開閉由自動控制系統控制。將濾池頂的原制水室隔開兩間作為真空泵間及電控間，增設兩臺SZ—2型水環式真空泵，一用一備，自動切換，互為備用，安裝真空管道與每格進水虹吸管及排水虹吸管的真空控制電動球閥連接。
3.3增設自動控制系統
為了實現對沖洗及恢復過濾的自動控制，在控制間內增設自動控制柜，其自動控制功能是通過內置的可編程序控制器（PLC）的順序控制、連接控制、邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術運算等功能而實現的，并通過觸摸屏編制控制程序實現程序化控制。觸摸屏具有顯示直觀、更改程序容易、操作簡單等特點。自動控制柜與真空泵、電動球閥連接，通過對真空泵、電動球閥的開啟控制來實現對沖洗及恢復過濾的自動控制。通過編制程序實行定時循環自動沖洗，現將沖洗程序設定為：沖洗周期24h、沖洗時間5分鐘、每格濾池沖洗間隔8分鐘、1格濾池沖洗時其它格濾池不沖洗，這樣提高了濾池的工作效率。因為在試運行中，此次改造沒有完全地實現全自動化，但為今后的改造工作打好了堅實的基礎，今后還可以加裝水位變送器、在線濁度檢測儀等設備通過自動控制柜對濾池水位、濾前濾后濁度進行實時監測，并根據濾池水位、濾前濾后濁度變化來控制濾池工作，實現全自動化控制。
3.4其它改造
拆除了濾池兩側的4個DN600待濾水輸送管閘閥，更換為軟密封閘閥（帶省力裝置）；拆除濾池原32個DN100排空閘閥，并新安裝DN100軟密封閘；維修濾池至清水池DN900閘閥1個；加裝慮池進水管支承架；對濾池進出水管及欄桿進行防腐處理，并對濾池頂及內壁上部鋪設磁磚，使其更加美觀。
4結束語
濾池改造后運行一個多月以來，過濾及沖洗安全穩定，濾前水平均濁度為10NTU，濾后水平均濁度為0.6NTU，符合新標準《城市供水水質標準》（CJ/T206—2005）不大于1NTU標準。沖洗時間5分鐘，比改造前縮小了3分鐘，節約了沖洗用水，沖洗較為徹底。自動控制系統動作正常，使工作效率和管理效率大為提高。對傳統虹吸濾池的改造，受到原構筑物結構的影響，某些改造暫不能在此次改造中實施，需在今后的濾池運行中不斷完善工藝，保證供水的水量、水質，但此次改造改善了運行性能是肯定的。
參考文獻：
[1]《給水排水設計手冊》第二版第三冊城鎮給水，中國建筑工業出版社，2004.4
[2]嚴煦世范瑾初主編《給水工程》第四版，中國建筑工業出版社，1999.12
[3]《城市供水水質標準》（CJ/T206—2005）
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
